(57)【要約】【課題】この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、高回転高負荷領域において、十分なガス流量でのＥＧＲガスの導入を図りつつ内燃機関のトルクを向上させることを目的とする。【解決手段】タービン１８ｂに通じる第１排気通路１４ａを開閉する第１排気弁２８ａと、タービン１８ｂを通らない第２排気通路１４ｂを開閉する第２排気弁２８ｂとを有する。第１排気通路１４ａにおけるタービン１８ｂの上流と吸気通路１２とを接続するＨＰＬ４０を備える。ＨＰＬ４０を通る排気ガス流量を調整する高圧側ＥＧＲ弁４６を備える。第２排気弁２８ｂの開弁特性を変更可能とする排気可変動弁機構３０を備える。内燃機関１０の高回転高負荷領域において、ＨＰＬ４０を介して吸気通路１２に還流される排気ガス流量が所定値以上である場合に、第２排気弁２８ｂを閉弁状態で停止させる。【選択図】図１
2010255603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記ターボ過給機のタービンに通じる第１排気通路と、
前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンを通らない第２排気通路と、
前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第２排気弁の開弁特性を変更可能とする排気可変動弁機構と、
前記第１排気通路における前記タービンの上流と接続され、吸気通路に向かうＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れるガス流量を調整するＥＧＲ弁と、
高回転高負荷領域において、前記ＥＧＲ通路を通って排気ガスが前記吸気通路に還流されるように前記ＥＧＲ弁を制御する高回転高負荷時外部ＥＧＲ制御手段と、
前記高回転高負荷領域において、前記吸気通路に還流される排気ガス流量が所定値以上である場合に、前記タービンに流れる排気ガス流量が増加するように、前記排気可変動弁機構を用いて前記第２排気弁の開弁特性を制御する第２排気弁制御手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記タービンよりも上流側の部位において前記第１排気通路から分岐し、当該タービンの下流側の部位において前記第１排気通路に再び合流する排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路の開閉を担うウエストゲートバルブと、
前記高回転高負荷領域において、前記タービンよりも上流側の前記第１排気通路内の排気圧力が所定値以上である場合に、前記ウエストゲートバルブの開度を大きくするタービン上流圧制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記高回転高負荷領域において、前記タービンよりも上流側の前記第１排気通路内の排気圧力が所定値以上である場合に、前記排気可変動弁機構を用いて前記第２排気弁のリフト量および作用角のうちの少なくとも一方を大きくするタービン上流圧制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、気筒毎に、タービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、タービンを通らない第２排気通路を開閉する第２排気弁とを備える過給機付き内燃機関（いわゆる独立排気エンジン）が開示されている。より具体的には、この従来の内燃機関では、第１排気通路におけるタービンの下流側にリーンＮＯｘ触媒が配置されている。そして、第１排気通路におけるタービンとリーンＮＯｘ触媒との間に、吸気系へのＥＧＲ通路が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１０４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、タービンよりも上流と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を介して排気ガスの一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲ手段を備えている過給機付き内燃機関では、高回転高負荷領域においてＥＧＲ制御を行う際に、次のような問題がある。すなわち、当該高回転高負荷領域において、ＥＧＲガス流量を多くすると、タービンに供給される排気ガス流量（排気エネルギ量）が低下してしまう。その結果、過給能力が低下し、内燃機関のトルクが低下してしまうことが懸念される。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高回転高負荷領域において、十分なガス流量でのＥＧＲガスの導入を図りつつ内燃機関のトルクを向上させることのできる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、過給機付き内燃機関の制御装置であって、
吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記ターボ過給機のタービンに通じる第１排気通路と、
前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンを通らない第２排気通路と、
前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第２排気弁の開弁特性を変更可能とする排気可変動弁機構と、
前記第１排気通路における前記タービンの上流と接続され、吸気通路に向かうＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れるガス流量を調整するＥＧＲ弁と、
高回転高負荷領域において、前記ＥＧＲ通路を通って排気ガスが前記吸気通路に還流されるように前記ＥＧＲ弁を制御する高回転高負荷時外部ＥＧＲ制御手段と、
前記高回転高負荷領域において、前記吸気通路に還流される排気ガス流量が所定値以上である場合に、前記タービンに流れる排気ガス流量が増加するように、前記排気可変動弁機構を用いて前記第２排気弁の開弁特性を制御する第２排気弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記タービンよりも上流側の部位において前記第１排気通路から分岐し、当該タービンの下流側の部位において前記第１排気通路に再び合流する排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路の開閉を担うウエストゲートバルブと、
前記高回転高負荷領域において、前記タービンよりも上流側の前記第１排気通路内の排気圧力が所定値以上である場合に、前記ウエストゲートバルブの開度を大きくするタービン上流圧制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記高回転高負荷領域において、前記タービンよりも上流側の前記第１排気通路内の排気圧力が所定値以上である場合に、前記排気可変動弁機構を用いて前記第２排気弁のリフト量および作用角のうちの少なくとも一方を大きくするタービン上流圧制御手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、高回転高負荷領域においてＥＧＲガス流量が所定値以上であることが認められる場合に、第２排気弁の開弁特性の調整を利用してタービンに流れる排気ガス流量が増えるように制御される。これにより、タービン回転数を高く確保することができる。このため、ＥＧＲガスの導入を行いつつ、吸入空気量を高めることが可能となる。このように、本発明によれば、高回転高負荷領域において、十分なガス流量でのＥＧＲガスの導入を図りつつ内燃機関のトルクを向上させることができる。
【００１０】
第２の発明によれば、高回転高負荷領域において上記第２排気弁の調整の実行中に、タービンよりも上流側の第１排気通路内の排気圧力が所定値以上になった場合には、ウエストゲートバルブの開度が大きくなるように修正される。これにより、タービンをバイパスする排気ガス流量が増えるので、上記排気圧力を適正な範囲内の値に下げることができる。これにより、内部ＥＧＲガス量を適正な値に制御することができ、ノッキングを抑制することができる。
【００１１】
第３の発明によれば、高回転高負荷領域において上記第２排気弁の調整の実行中に、タービンよりも上流側の第１排気通路内の排気圧力が所定値以上になった場合には、第２排気弁のリフト量および作用角のうちの少なくとも一方が大きくなるように修正される。これにより、タービンをバイパスする排気ガス流量が増えるので、上記排気圧力を適正な範囲内の値に下げることができる。これにより、内部ＥＧＲガス量を適正な値に制御することができ、ノッキングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す内燃機関におけるＥＧＲの導入領域を説明するための図である。
【図３】高回転高負荷領域でのＥＧＲ導入時の課題を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】ＨＰＬにより導入するＥＧＲガス流量の変化に対する吸入空気量およびタービン回転数の変化を、第２排気弁の弁停止の有無に応じて表した図である。
【図６】スロットル開度変化に対するタービン上流圧（背圧）および内部ＥＧＲガス流量の変化を表した図である。
【図７】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】スロットル開度変化に対するタービン上流圧（背圧）および外部ＥＧＲガス流量の変化を表した図である。
【図１０】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
［システム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされるものである。内燃機関１０には、空気を筒内に取り込むための吸気通路１２と、筒内から排気ガスを排出するための排気通路１４とを備えている。
【００１４】
吸気通路１２の入口近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１６が設けられている。エアフローメータ１６の下流には、ターボ過給機１８のコンプレッサ１８ａが配置されている。ターボ過給機１８は、コンプレッサ１８ａと一体的に連結され、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン１８ｂを備えている。また、コンプレッサ１８ａは、タービン１８ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるようになっている。
【００１５】
コンプレッサ１８ａの下流側の吸気通路１２には、コンプレッサ１８ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ２０が配置されている。更に、インタークーラ２０の下流には、吸気通路１２を流れる空気量を調整するためのスロットルバルブ２２が配置されている。スロットルバルブ２２は、図示省略するスロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２４が配置されている。サージタンク２４には、吸気圧力（過給圧）を検出するための吸気圧力センサ２６が取り付けられている。
【００１６】
図１に示す排気通路１４は、タービン１８ｂに通じる第１排気通路１４ａと、タービン１８ｂに通じない第２排気通路１４ｂとを備えている。また、内燃機関１０の各気筒には、第１排気通路１４ａを開閉する第１排気弁（Ｅｘ１）２８ａと第２排気通路１４ｂを開閉する第２排気弁（Ｅｘ２）２８ｂとが配置されている。
【００１７】
また、図１に示す内燃機関１０は、上記排気弁２８ａ、２８ｂを駆動するための排気可変動弁機構３０を備えている。より具体的には、排気可変動弁機構３０は、その詳細な説明は省略するが、第２排気弁２８ｂを第１排気弁２８ａとは独立して閉弁状態で停止可能な機構であるものとする。
【００１８】
また、タービン１８ｂよりも上流側の第１排気通路１４ａには、その部位で排気圧力（タービン上流圧）を検出するための排気圧力センサ３２が取り付けられている。更に、第１排気通路１４ａと第２排気通路１４ｂとの合流後の合流後排気通路１４ｃには、排気ガスを浄化するための触媒（Ｓ／Ｃ）３４が設けられている。
【００１９】
また、第１排気通路１４ａには、タービン１８ｂをバイパスしてタービン１８ｂの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路３６が接続されている。排気バイパス通路３６の途中には、排気バイパス通路３６の開閉を担う電動式のウエストゲートバルブ３８が配置されている。
【００２０】
また、図１に示すシステムは、高圧排気ガス還流通路（ＨＰＬ：High Pressure Loop）４０を備えている。ＨＰＬ４０は、タービン１８ｂよりも上流側の第１排気通路１４ａとコンプレッサ１８ａよりも下流側の吸気通路１２とを連通するように構成されている。このＨＰＬ４０の途中には、再循環排気ガス（ＥＧＲガス）の流れの上流側から順に、ＥＧＲ触媒４２、ＥＧＲクーラ４４、および高圧側ＥＧＲ弁４６が配置されている。高圧側ＥＧＲ弁４６は、ＨＰＬ４０の開閉を担うバルブである。
【００２１】
更に、図１に示すシステムは、低圧排気ガス還流通路（ＬＰＬ：Low Pressure Loop）４８を備えている。ＬＰＬ４８は、タービン１８ｂよりも下流側かつ触媒３４よりも下流側の合流後排気通路１４ｃとコンプレッサ１８ａよりも上流側の吸気通路１２とを連通するように構成されている。このＬＰＬ４８の途中には、低圧側ＥＧＲ弁５０が配置されている。低圧側ＥＧＲ弁５０は、ＬＰＬ４８の開閉を担うバルブである。尚、低圧排気ガス還流通路の具体的な構成は、このＬＰＬ４８のような構成に限らず、例えば、高圧排気ガス還流通路４０とコンプレッサ１８ａよりも上流側の吸気通路１２とを連通するように構成されたものであってもよい。
【００２２】
本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力には、上述したエアフローメータ１６、吸気圧力センサ２６、排気圧力センサ３２とともに、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ６２およびタービン１８ｂの回転数を検出するためのタービン回転数センサ６４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力には、上述したスロットルバルブ２２およびＥＧＲ弁４６、５０とともに、燃料噴射弁６６および点火プラグ６８等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。
【００２３】
図２は、図１に示す内燃機関１０におけるＥＧＲの導入領域を説明するための図である。
以上のように構成された本実施形態のシステムによれば、高圧側ＥＧＲ弁４６の開度（バルブリフト量）を調整することで、ＨＰＬ４０を通って吸気通路１２に還流するＥＧＲガス流量を調整することができる。また、低圧側ＥＧＲ弁５０の開度（バルブリフト量）を調整することで、ＬＰＬ４８を通って吸気通路１２に還流するＥＧＲガス流量を調整することができる。
【００２４】
図２に示すように、本実施形態では、内燃機関１０の運転領域のほぼ全域において、ＬＰＬ４８を用いた少量でのＥＧＲ制御を行うようにしている。そして、低回転低負荷領域から中回転中負荷領域、および高回転高負荷領域において、ＨＰＬ４０を用いたＥＧＲ制御を行うようにしている。
【００２５】
本実施形態のシステムでは、高回転高負荷領域において、吸気弁（図示省略）と第２排気弁２８ｂとの間でバルブオーバーラップ期間を確保することで、燃焼室を介した吸気側から排気ガスへのガスの吹き抜けを利用して、筒内残留ガスを十分に掃気させることが可能である。このような掃気（スカベンジング）によれば、高回転高負荷領域において、エンジン出力を効果的に高めることができる。
【００２６】
ところが、上記の掃気を行うようにした場合には、エンジン出力を良好に高められる一方、燃焼圧力（Ｐｍａｘ）や燃焼温度が上昇するので、ピストンリングの厚み増加等のハード的な高圧対策やオイルジェット強化等の温度対策といった内燃機関１０のハードウェア構成上の対策が必要になってくる。このような対策を行うことは、内燃機関１０のフリクションロスの増加に繋がり、常用運転領域における燃費悪化を招く結果となる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、上述したように、高回転高負荷領域において、ＨＰＬ４０を利用してＥＧＲクーラ４４によって十分に冷却されたＥＧＲガスを導入するようにしている。これにより、燃焼温度を下げることができるので、燃焼圧力（Ｐｍａｘ）を上げ過ぎることがなくなり、上記対策を不要として燃費改善を図ることができる。また、ノッキングを抑止することもできる。
【００２８】
図３は、高回転高負荷領域でのＥＧＲ導入時の課題を説明するための図である。
ＨＰＬ４０を用いたＥＧＲ制御は、タービン１８ｂの上流側から排気ガスを取り出す手法である。このため、このＥＧＲ制御によって導入するＥＧＲガス流量を多くすると、タービン１８ｂに供給される排気エネルギ量が減少するので、図３に示すように、タービン回転数が低下する。また、それに伴い、コンプレッサ１８ａの過給能力が低下するので、吸入空気量が低下し、内燃機関１０のトルクが低下する可能性がある。
【００２９】
そこで、本実施形態では、ＨＰＬ４０を用いたＥＧＲ制御を行う高回転高負荷領域において、ＥＧＲガス流量が所定値以上である場合には、排気可変動弁機構３０を用いて、タービン１８ｂをバイパスする側の第２排気弁２８ｂを閉弁状態で停止させる（すなわち、リフト量をゼロにする）ようにした。より具体的には、上記高回転高負荷領域において、タービン回転数および吸入空気量を監視し、タービン回転数または吸入空気量が所定値（後述する第１所定値）以下となることでこれらのパラメータの低下傾向が見られた場合に、第２排気弁２８ｂを閉弁状態で停止させるようにした。
【００３０】
図４は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定時間毎に周期的に実行されるものとする。
図４に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の現在の運転領域がＨＰＬ４０を用いてＥＧＲを導入する高回転高負荷領域（図２参照）であるか否かが判別される（ステップ１００）。
【００３１】
上記ステップ１００において上記高回転高負荷領域であると判定された場合には、吸入空気量またはタービン回転数が第１所定値よりも低いか否かが判別される（ステップ１０２）。本ステップ１０２における吸入空気量の所定値およびタービン回転数の第１所定値は、ＨＰＬ４０を用いたＥＧＲによるＥＧＲガス流量が内燃機関１０のトルク低下が懸念される所定値よりも多い状況下にあるかどうかを判断するための値である。
【００３２】
上記ステップ１０２において吸入空気量またはタービン回転数が第１所定値よりも低いと判定された場合には、触媒（Ｓ／Ｃ）３４に直結している側（すなわち、タービン１８ｂをバイパスしている側）の第２排気弁（Ｅｘ２）２８ｂを閉弁状態で停止させる処理が実行される（ステップ１０４）。
【００３３】
次に、吸入空気量またはタービン回転数が上記第１所定値よりも大きい第２所定値よりも高いか否かが判別される（ステップ１０６）。本ステップ１０６における吸入空気量の所定値およびタービン回転数の第２所定値は、上記ステップ１０４による第２排気弁（Ｅｘ２）２８ｂの閉弁停止処理に伴って、内燃機関１０のトルク確保の観点において問題のない程度にまで吸入空気量またはタービン回転数が高まったかどうかを判断するための値である。
【００３４】
上記ステップ１０６において吸入空気量またはタービン回転数が第２所定値よりも高いと判定された場合には、触媒（Ｓ／Ｃ）３４に直結している側の第２排気弁（Ｅｘ２）２８ｂの閉弁停止処理が解除される（ステップ１０８）。
【００３５】
図５は、ＨＰＬ４０により導入するＥＧＲガス流量の変化に対する吸入空気量およびタービン回転数の変化を、第２排気弁２８ｂの弁停止の有無に応じて表した図である。
以上説明した図４に示すルーチンによれば、ＨＰＬ４０を用いたＥＧＲの導入を行う高回転高負荷領域において、ＥＧＲガス流量が所定値以上である（吸入空気量またはタービン回転数が第１所定値よりも低い）ことで内燃機関１０のトルク低下が懸念される場合には、第２排気弁２８ｂが閉弁状態で停止される。
【００３６】
これにより、第１排気通路１４ａを通ってタービン１８ｂに流れる排気ガス流量が増えることで、タービン回転数を高く確保することができる。このため、図５に示すように、ＨＰＬ４０によるＥＧＲガスの導入を行いつつ、吸入空気量を高めることが可能となる。このように、本実施形態の制御によれば、高回転高負荷領域において、十分なガス流量でのＥＧＲガスの導入を図りつつ内燃機関１０のトルクを向上させることができる。
【００３７】
ところで、上述した実施の形態１においては、ＨＰＬ４０を用いたＥＧＲの導入を行う高回転高負荷領域においてＥＧＲガス流量が所定値以上である場合には、第２排気弁２８ｂを閉弁状態で停止させるようにしている。しかしながら、本発明は、このような場合にタービンに流れる排気ガス流量を増加させるべく第２排気弁の開弁特性を変更するものであれば、このような手法に限定されるものではない。すなわち、第２排気弁のリフト量および作用角のうちの少なくとも一方を連続的に変更可能とする排気可変動弁機構を備えている場合には、上記の場合に、第２排気弁のリフト量および作用角のうちの少なくとも一方を小さくするものであってもよい。
【００３８】
尚、上述した実施の形態１においては、ＨＰＬ４０が前記第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、高圧側ＥＧＲ弁４６が前記第１の発明における「ＥＧＲ弁」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ６０が、図２に示す高回転高負荷領域においてＨＰＬ４０を用いたＥＧＲ制御を実行することにより前記第１の発明における「高回転高負荷時外部ＥＧＲ制御手段」が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２排気弁制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００３９】
実施の形態２．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に図４に示すルーチンに代えて後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００４０】
図６は、スロットル開度変化に対するタービン上流圧（背圧）および内部ＥＧＲガス流量の変化を表した図である。
上述した実施の形態１の第２排気弁２８ｂの制御によれば、既述したように、高回転高負荷領域において、十分なガス流量でのＥＧＲガスの導入を図りつつ内燃機関１０のトルクを向上させることができる。しかしながら、上記制御が実行されると、タービン１８ｂ側に流れる排気ガス流量が増えるので、上記高回転高負荷領域内においてスロットル開度が大きい側（すなわち、負荷が高い側）では、図６に示すように、背圧（タービン上流圧）が上昇してしまう。その結果、筒内に残留する排気ガス量（いわゆる内部ＥＧＲガス量）が増加してしまい、ノッキングが発生し易くなる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、上述した実施の形態１の第２排気弁２８ｂの制御の実行中にタービン１８ｂ側の背圧（タービン上流圧）があるレベル以上になった場合には、ウエストゲートバルブ３８を所定量だけ開くようにした。
【００４２】
図７は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図７において、実施の形態１における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４３】
図７に示すルーチンでは、ステップ１０４にて高回転高負荷領域において第２排気弁２８ｂを閉弁状態で停止させる処理が実行された後には、次いで、ＥＧＲ・Ｔ／Ｃ側の背圧（タービン上流圧）が所定の範囲内にあるか否かが判別される（ステップ２００）。その結果、タービン上流圧が上記所定の範囲内（適正な範囲内）にあると判定された場合には、上記ステップ１０６以降の処理が実行される。
【００４４】
一方、上記ステップ２００においてタービン上流圧が上記所定の範囲内にないと判定された場合には、次いで、タービン上流圧が上記所定の範囲よりも高いか否か（上記所定の範囲の上限値よりも高いか、或いは、上記所定の範囲の下限値よりも低いか）が判別される（ステップ２０２）。
【００４５】
上記ステップ２０２において、タービン上流圧が上記所定の範囲の上限値よりも高いと判定された場合には、ウエストゲートバルブ３８を所定量だけ開く制御が実行される（ステップ２０４）。具体的には、ウエストゲートバルブ３８は、通常、所定の開度に開かれた状態で制御されている。本ステップ２０４では、そのような所定の開度に対して開き側の開度に制御される。
【００４６】
一方、上記ステップ２０２において、タービン上流圧が上記所定の範囲の下限値よりも低いと判定された場合には、ウエストゲートバルブ３８を所定量だけ閉じる制御が実行される（ステップ２０６）。
【００４７】
以上説明した図７に示すルーチンによれば、高回転高負荷領域において第２排気弁２８ｂの弁停止制御の実行中に、タービン上流圧があるレベル以上になった場合には、ウエストゲートバルブ３８が所定量だけ開かれる。これにより、タービン１８ｂをバイパスする排気ガス流量が増えるので、タービン上流圧を適正な範囲内の値に下げることができる。これにより、内部ＥＧＲガス量を適正な値に制御することができ、ノッキングを抑制することができる。
【００４８】
また、上記ルーチンによれば、タービン上流圧が逆にあるレベル以下になった場合には、ウエストゲートバルブ３８が所定量だけ閉じられる。これにより、タービン１８ｂをバイパスする排気ガス流量が減るので、タービン上流圧を適正な範囲内の値に高めることができる。
【００４９】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ２０２および２０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「タービン上流圧制御手段」が実現されている。
【００５０】
実施の形態３．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に図７に示すルーチンに代えて後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００５１】
上述した実施の形態１、２においては、高回転高負荷領域においてＥＧＲガス流量が所定値以上である場合には、タービン１８ｂに流れる排気ガス流量を増加させるために、第２排気弁２８ｂを閉弁状態で停止させるようにしている。しかしながら、このような制御によって、長時間に渡って第２排気弁２８ｂが停止されると、第２排気通路１４ｂにおける排気ガスの流通が停止するので、第２排気通路１４ｂの温度が低下し、それに伴い、燃焼室の壁面温度が低下する。その結果、冷却損失が増加し、燃費が悪化する可能性がある。
【００５２】
そこで、本実施形態では、高回転高負荷領域においてＥＧＲガス流量が所定値以上である場合には、タービン１８ｂに流れる排気ガス流量を増加させるために、第２排気弁２８ｂを停止させるのではなく、第２排気弁２８ｂのリフト量を所定量だけ下げるようにした。更に、そのような第２排気弁２８ｂのリフト量の制御中にタービン上流圧が上記所定の範囲内から外れた場合には、第２排気弁２８ｂのリフト量の調整によって、タービン上流圧の調整を行うようにした。
【００５３】
図８は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図８において、実施の形態２における図７に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００５４】
図８に示すルーチンでは、ステップ１０２において、吸入空気量またはタービン回転数が第１所定値よりも低いと判定された場合には、第２排気弁（Ｅｘ２）２８ｂのリフト量を所定量だけ下げる処理が実行される（ステップ３００）。また、ステップ１０６において、吸入空気量またはタービン回転数が第２所定値よりも高いと判定された場合には、第２排気弁（Ｅｘ２）２８ｂのリフト量を所定量だけ上げる処理が実行される（ステップ３０２）。
【００５５】
また、図８に示すルーチンでは、ステップ２０２において、タービン上流圧が上記所定の範囲の上限値よりも高いと判定された場合には、第２排気弁２８ｂのリフト量を所定量だけ上げる処理が実行される（ステップ３０４）。一方、上記ステップ２０２において、タービン上流圧が上記所定の範囲の下限値よりも低いと判定された場合には、第２排気弁２８ｂのリフト量を所定量だけ下げる処理が実行される（ステップ３０６）。
【００５６】
以上説明した図８に示すルーチンによれば、ＨＰＬ４０を用いたＥＧＲの導入を行う高回転高負荷領域において、ＥＧＲガス流量が所定値以上である場合に、第２排気弁２８ｂのリフト量を所定量だけ下げられる。これにより、第１排気通路１４ａを通ってタービン１８ｂに流れる排気ガス流量が増えることで、タービン回転数を高く確保して、吸入空気量の低下を防止することができる。このような本実施形態の手法によっても、高回転高負荷領域において、十分なガス流量でのＥＧＲガスの導入を図りつつ内燃機関１０のトルクを向上させることができる。
【００５７】
そのうえで、本実施形態では、上記の場合に、第２排気弁２８ｂを閉弁状態で停止させるのではなく、そのリフト量を所定量だけ下げるようにしている。これにより、そのような第２排気弁２８ｂの制御中においても、第２排気通路１４ｂにおける排気ガスの流通が継続されるので、冷却損失の増加を抑制し、燃費悪化を抑制することができる。
【００５８】
また、上記ルーチンによれば、高回転高負荷領域における第２排気弁２８ｂのリフト量の制御中に、タービン上流圧が所定の範囲内から外れた場合に、第２排気弁２８ｂのリフト量を制御することで、タービン上流圧を適正な範囲内の値に調整することができる。このような手法によっても、内部ＥＧＲガス量を適正な値に制御することができ、ノッキングを抑制することができる。
【００５９】
ところで、上述した実施の形態３においては、必要に応じて第２排気弁２８ｂのリフト量を調整するようにしている。しかしながら、本発明における第２排気弁の開弁特性の変更手法はこれに限定されるものではない。すなわち、リフト量を変えることなく第２排気弁の作用角を変更可能な排気可変動弁機構を備えている場合には、必要に応じて第２排気弁の作用角の調整を行うようにしてもよい。
【００６０】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ２０２および３０４の処理を実行することにより前記第３の発明における「タービン上流圧制御手段」が実現されている。
【００６１】
実施の形態４．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に図８に示すルーチンに代えて後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００６２】
図９は、スロットル開度変化に対するタービン上流圧（背圧）および外部ＥＧＲガス流量の変化を表した図である。尚、図９は、高圧側ＥＧＲ弁４６の開度を一定開度とした場合の波形を示している。
上述した実施の形態３の制御によれば、高回転高負荷領域での外部ＥＧＲガスの導入時に、第２排気弁２８ｂのリフト量を最適な開度に調整することで、タービン上流圧の過上昇を防ぎつつ外部ＥＧＲを導入することが可能となる。しかしながら、上記制御のように第２排気弁２８ｂのリフト量を可変とすると、タービン上流圧が変化する。タービン上流圧が変化すると、図９に示すように、ＨＰＬ４０の上下流の圧力差が変化するので、外部ＥＧＲガス流量が変化する。また、図９に示すように、そのようなタービン上流圧の変化に伴う外部ＥＧＲガス流量の変化は、スロットル開度が大きい側（高負荷側）の方が大きくなる。
【００６３】
上記のように、第２排気弁２８ｂのリフト量を可変にしたことに伴って外部ＥＧＲガス流量が変化すると、ＥＧＲガス流量の過不足が生ずる可能性がある。そして、ＥＧＲガス流量の不足が生ずると、ノッキングが生じ易くなり、一方、ＥＧＲガス流量の過多が生ずると、失火が発生し易くなる。
【００６４】
そこで、本実施形態では、上述した実施の形態３における第２排気弁２８ｂの制御を行う場合には、ＨＰＬ４０の上下流の圧力差と高圧側ＥＧＲ弁４６の開度とに基づいてＥＧＲガス流量を推定するようにした。そして、当該ＥＧＲガス流量（ＥＧＲ率）の過不足が認められる場合には、そのような過不足がなくなるように高圧側ＥＧＲ弁４６の開度を調整する（フィードバック制御する）ようにした。
【００６５】
図１０は、上記の機能を実現するために、本実施の形態４においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１０において、実施の形態３における図８に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００６６】
図１０に示すルーチンでは、ステップ３０４または３０６の処理によって第２排気弁２８ｂのリフト量を調整した後には、次いで、ＨＰＬ４０のＥＧＲ率（ＥＧＲガス流量）に過不足があるか否かが判別される（ステップ４００）。本ステップ４００では、以下の（１）式の関係を利用して、ＨＰＬ４０によるＥＧＲガス流量が算出されたうえで、ＥＧＲ率が算出される。そして、算出されたＥＧＲ率を所定値と比較することで、現在のＥＧＲ率に過不足があるか否かが判断される。
ＥＧＲガス流量  ∝  ＥＧＲ系流量係数  ×  √（吸気管圧力−背圧）  ・・・（１）
【００６７】
上記（１）式において、ＥＧＲ系流量係数は、ＨＰＬ４０の圧力損失（ＨＰＬ４０の通路長さ、高圧側ＥＧＲ弁４６の開度などが影響因子となる）と相関のある値である。上記（１）式の関係によれば、ＨＰＬ４０の通路長さは既知であるので、現時点の高圧側ＥＧＲ弁４６の開度、吸気管圧力、および背圧（タービン上流圧）を吸気圧力センサ２６等を用いて取得することで、現在のＥＧＲガス流量を算出することができる。そして、上記（１）式の関係を用いてＥＧＲガス流量Ｇｅが求まると、ＨＰＬによるＥＧＲ率を、（Ｇｅ／（Ｇａ＋Ｇｅ））として、ＥＧＲガス流量Ｇｅとエアフローメータ１６により計測される吸入空気流量Ｇａとを用いて算出することができる。
【００６８】
上記ステップ４００において、ＥＧＲ率の不足が認められる場合には、そのＥＧＲ率の不足を解消するために、高圧側ＥＧＲ弁４６のリフト量（開度）を所定量だけ上げる処理が実行される（ステップ４０２）。一方、ＥＧＲ率の過多が認められる場合には、そのＥＧＲ率の過多を解消するために、高圧側ＥＧＲ弁４６のリフト量（開度）を所定量だけ下げる処理が実行される（ステップ４０４）。
【００６９】
以上説明した図１０に示すルーチンによれば、上述した実施の形態３における第２排気弁２８ｂの制御を行った結果としてＥＧＲガス流量（ＥＧＲ率）の過不足が認められる場合に、そのような過不足がなくなるように高圧側ＥＧＲ弁４６の開度が調整される。これにより、高回転高負荷領域において、十分なガス流量でのＥＧＲガスの導入を図りつつ内燃機関１０のトルク向上を図る場合において、ＥＧＲガス流量の過不足に伴うノッキングや失火の発生を良好に防止することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１４ａ  第１排気通路
１４ｂ  第２排気通路
１４ｃ  合流後排気通路
１６  エアフローメータ
１８  ターボ過給機
１８ａ  コンプレッサ
１８ｂ  タービン
２２  スロットルバルブ
２６  吸気圧力センサ
２８ａ  第１排気弁（Ｅｘ１）
２８ｂ  第２排気弁（Ｅｘ２）
３０  排気可変動弁機構
３２  排気圧力センサ
３６  排気バイパス通路
３８  ウエストゲートバルブ
４０  高圧排気ガス還流通路（ＨＰＬ）
４６  高圧側ＥＧＲ弁
４８  低圧排気ガス還流通路（ＬＰＬ）
５０  低圧側ＥＧＲ弁
６０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６２  クランク角センサ
６４  タービン回転数センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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